5G移动边缘计算技术在建筑施工管理中的应用

王 卿，肖光华

(1.中国联合网络通信有限公司常州市分公司，江苏 常州 213000；2.江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213147)

0 引言

近年来，我国高度重视物联网、5G、云计算等技术在经济社会各个领域的应用。依靠全时、远程、准确的通信技术，可实现建筑施工过程及使用过程的安全管理，弥补当前建筑施工及管理中存在的不足，以减少事故发生的可能性。

1 MEC关键技术

1.1 MEC技术特点

移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)，是第五代移动通信(5G)的关键技术，可利用无线接入网络就近提供电信用户IT所需服务和云端计算功能，而创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境，加速网络中各项内容、服务及应用的快速下载，让消费者享有不间断的高质量网络体验。

从技术的演进发展来看，MEC技术作为5G移动通信网络的核心技术，它在移动网络边缘给应用开发商和内容提供商提供了云计算能力和IT服务环境，具备广连接、低时延、大宽带、实时访问、无线网络信息、位置信息感知等特点。

从产业的价值生态来看，移动边缘计算可以创建一个全新的生态系统和价值链，包括应用开发商、内容提供商、IT企业、网络设备商、运营商等。运营商可以向授权的第三方开放无线接入网，允许第三方面向移动用户、企业或垂直细分市场灵活、快速地部署创新的应用和服务。

1.2 MEC技术优势

1)网络开放：MEC可提供平台开放能力，在服务平台上集成第三方应用或在云端部署第三方应用。

2)能力开放：通过公开API的方式为运行在MEC平台主机上的第三方MEC应用提供包括无线网络信息、位置信息等多种服务。能力开放子系统从功能角度可以分为能力开放信息、API和接口。API支持的网络能力开放主要包括网络及用户信息开放、业务及资源控制功能开放。

3)资源开放：资源开放系统主要包括IT基础资源的管理(如CPU、GPU、计算能力、存储及网络等)，能力开放控制以及路由策略控制。

4)管理开放：平台管理系统通过对路由控制模块进行路由策略设置，可针对不同用户、设备或者第三方应用需求，实现对移动网络数据平面的控制。

5)本地转发：MEC可以对需要本地处理的数据流进行本地转发和路由。

6)计费和安全。

7)移动性：终端在基站之间移动，在小区之间移动，跨MEC平台的移动。

2 MEC解决方案

2.1 行业背景

由于建筑行业的特殊性，建筑施工过程中普遍存在人身安全问题、建筑材料及施工质量问题、施工进度和设备等财产安全问题、建筑工地扬尘污染问题等，现有的实时的监测技术主要依赖视频监控和无线传感技术来实现，采用有线方式建设会大大增加初期建设成本，而借助运营商的无线网络又会造成流量成本的负担以及受到网络传输不稳定因素的影响。为此，MEC技术提供了计算处理、存储缓存、虚拟交换等功能，也提供了分流、规则管理、DNS解析、第三方应用托管、服务提供等功能，还提供了平台的编排与调度、应用的管理与维护、边缘云基础设施的规划编排、服务的调度、应用接入、管理和维护以及数据面的监测和控制。其数据传输方式如图1所示。

图1 MEC数据传输示意图

此外，MEC可以部署到运营商的网络。部署在基站中，分单基站部署和多基站部署，前者是MEC设备串联在BBU与接入层设备之间，后者是在传输汇聚点(核心机房或汇聚机房等)部署MEC。

2.2 视频监控平台

视频监控综合平台是基于5G_MEC网络研发，同时兼容LTE网络。视频监控综合平台可以实现视频实时浏览、录像回放、监控点管理、告警等丰富的视频监控业务功能。视频监控综合平台充分利用MEC在拥有充足网络环境下无视环境限制的特点，相较传统4G摄像头，基本可以实现“流量本地化”；相较有线摄像头则免去布线工程，分别从流量资费与布线两方面最大程度减少客户的成本。针对建筑工地现场环境网络铺线难、安装环境恶劣以及地区偏僻等不利监控场景，视频监控综合平台结合MEC技术可得到广泛应用。其优点主要有以下几点：①本地宽带高速通道，适合宽窄带大数据高并发数传输。②高安全性，4G/5G加密通道传输。③高稳定性，无掉线，抗干扰。④易维护性，运营商后台维护。⑤高安全性，数据本地交互。⑥高稳定性，边缘部署。⑦低成本，不占用骨干网带宽，网络成本低，降低客户使用成本。

2.3 无线监控解决方案

2.3.1 方案组成

方案主要由3大内容组成：MEC网络、监控平台、摄像头终端。MEC智能监控的机制是MEC对视频流量的本地化处理，把通过基站采集上来的视频数据通过专线宽带送到监控存储中心，监控中心从存储中心实时调取视频。整套系统工作方法：在监控定位所在基站侧或者所在传输链路上部署 MEC，然后打通摄像头与监控平台之间路由，摄像头与监控中心之间通过内部协议建立连接，摄像头掉电重启等异常情况可重新运行后自动连上监控平台。解决方案充分展现MEC优势，摄像头侧上行流量，在MEC侧终结。无需消耗骨干网资源，无需担心大量部署摄像头产生的流量对网络造成拥塞。同时摄像头侧与监控平台自动建立连接。通过MEC建立低时延稳定通道，以达到有线监控的稳定性。支持在MEC侧作AI或者视频编解码分析，减少前端终端与后端处理中心压力，节省处理成本，提高效率。

2.3.2 实现功能

设备通过专属监控软件，可实时操纵监控各安全卡点，支持视频时间轴功能，可在线回放视频，支持视频时间点查询功能，监控人员通过选取视频回放时间节点，可从视频回放设置节点开始回放，使回放查询更加方便。

1)实时监控。移动端支持监控区域划分，每一台移动端设备可通过对监控进行区域划分，进行职责划分，明确监控人员区域职责；实现监控区域实时管理、实时监控，对监控区域事故做到及时发现。

2)应急管理。监控平台提供应急管理服务，当视频监控区域出现事故时，提供事故报警界面，任何监控人员只需提交报警信息，即可通过平台推送到每一个应急处理人员手中，及时做好事故处理与区域信息了解，为事故后续提供处理依据。

3)多方协防。监控平台通过对事故区域进行区域划分，在协调应急处理人员时，也通过监控信息划分事故区域，应急人员可将其推送到每一个监控管理人员手中，做到对监控区域及时了解，快速处理已发生事故区域，预防未发生事故区域，多方协防，将事故危险与损失降到最低。

2.3.3 方案对比

相较传统4G无线监控，MEC无线监控解决方案主要解决许多场景地处偏远、铺线难的问题，降低网络建设成本，将视频信息进行本地存储、本地处理，具有更低时延，可以快速建设，节约建设时间成本。也就是说，MEC网路可以一键部署，解决网络部署繁杂、速度慢的问题，其建设要素如表1所示。

表1 MEC与传统4G、有线建设要素对比

3 案例分析

以某工地自动巡检机器人为例，其主要承担偏远地区和夜晚的无人值守的工作。主要设备包括摄像头(配套监控平台)、网关(4G)、SIM卡等前端设备；服务器(部署MEC)、MEC软件、网卡、路由器、防火墙、机柜、路由器、UPS、宽带(用于MEC远程维护)等机房设备以及基站室分、BBU、AAU传输设备、光纤(MEC服务器到客户机房之间)等网络设备。其费用包括设备、维保、培训、施工在内约9万元。由于属于移动装置，所以需要无线数据传输，一个传统的1080p摄像头流量费一天在50 G，流量费每个月上万元，非常昂贵，通过使用MEC 的方式可以达到“0”流量的效果，节约流量成本，很大程度上减轻人员巡检压力和提高巡检的效果。

4 结语

5G_MEC合理地利用了MEC边缘网络的特性，提高了边缘网络设备的利用率，稳定、性价比高的网络服务促进了智慧工地的规模化部署，有助于提高建筑施工质量，降低建设和生产成本，还可以对新建工程项目施工质量的改进提供帮助，实现建筑施工与维护的一体化管理的目的。